基于海绵城市理念下的山地校园景观再设计
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摘要：近年来，随着海绵城市的建设，我国城乡内涝与水生态问题日益得到改善，但我国城市众多，且结构复杂，目前不免单一的技术手段，未能全面有效地解决城市雨洪内涝问题。山地校园景观设计以海绵城市建设理念为核心，同时立足于其独特的地形地貌、雨水径流、土壤结構等地域特征，在分析其现阶段海绵城市建设重难点的基础上，因地制宜地提出相应的解决策略，一方面有利于校园雨洪的综合管理，另一方面对山地校园海绵化建设具有一定的科普与推广意义。
关键词：海纬城市;山地校园;解决策略;艺术教学区
海绵城市的建设持续了近4年之久，是一种解决城市内涝的雨洪综合管理生态措施，其建设让水适应人，又重新回到人适应水的层面上来，让城市顺应自然，与自然和谐相处，实现生态文明的百年大计[1]。重庆作为第一批海绵城市的建设试点之一，面对复杂的地形地貌，相关部门提出了《重庆市海绵城市规划与设计导则》，修复城市水生态、涵养水资源、防止水污染、保障水安全，切实担负起改善三峡库区水体水质及保障库区水体安全的重任;重庆工程学院艺术教学区是一处典型的山地地貌，以其进行研究，有着代表性意义。
1 海绵城市在校园建设的背景与现状
海绵城市的建设理念运用到校园之中，在国外早已有先例，如美国的乔治华盛顿大学、耶鲁大学、哈佛大学、普林斯顿大学等，采用各类型的低影响开发（LID）措施，即基于微观尺度景观控制的BMP措施发展而来，通过雨水生态综合管理，从源头控制雨水地表径流对自然环境的影响。目前海绵城市的建设理念在国内外高校相继进行着，因为借鉴于国外相关雨洪管理技术，所以在国内校园中起步较晚，俞孔坚的土人景观团队首次将这一理念投入到沈阳建筑大学的景观设计中，以稻田景观形式展示，形成以景观为载体的水生态基础设施，并且保留了其生产功能。以南京林业大学海绵校园建设为例，在保护原有生态基础来建设校园环境，通过UAV摄影测量技术和3S分析技术进行数据处理，通过对校园建筑、道路、周边水系的分析，主要以下凹式绿地、生物滞留技术、绿色屋顶、透水性铺装等海绵设施，并利用学校周围的玄武湖对雨水径流进行集中调蓄，实现校园环境与雨水资源的协调发展，以保证校园师生日常生活有序进行。陈俊熹与徐煜辉在西南大学校园海绵化建设的过程中，提出了更为成熟的技术路线，充分考虑其山地地形，结合校园自身文化，以海绵城市为建设理念，以LID理念进行“点——线——面”3个层级的构建，以缓解校园内涝问题，同时也丰富了植被种类与景观空间层次，避免了“生搬硬套”的海绵化校园景观方式现象的存在。
以上案列对校园海绵化的构建研究，多借助于LID从源头控制雨水径流措施，缺乏全面系统分析，多停留在单一学科领域去打造校园海绵化设施，注重前期技术手段的构建，对后期可能存在的不利影响研究较少[2]。所以，山地校园景观再设计以重庆工程学院艺术教学区为案列对其进行海绵化建设，在保护原有生态原则下，通过对地表雨水径流量及水质的控制难度分析，系统地解决校园雨洪内涝及水生态的问题，从整体到局部，以校园内部与外界的环境联系，到植被的种植规划，进行定性与定量的综合研究分析。
2 海绵城市理念在山地校园中建设及问题分析
山地校园海绵化建设，以原有生态系统为基础，进行跨尺度的多领域的技术结合，因地制宜地共同构建海绵生态措施，以期有效缓解校园内涝灾害及周围水生态破环问题。
2.1 概括
研究区为重庆市重庆工程学院艺术教学区，位于我国西南地区（东经105°17′～110°11′，北纬28°10′～32°13′）长江中上游地带。地形陡峭，以山地为主;气候冬暖夏热，降雨多集中于春夏之交，素有“巴山夜雨”之说，属于亚热带季风性湿润气候。校园坐落于樵坪山系下、花溪河畔，艺术教学区位于校园西北方，占地面积1.89km2，为其主要研究对象。
2.2 技术构建
以校园地域条件为出发点，通过其地形坡度、土壤结构、降雨特征、水资源状况，分析下垫面、周边水系、灰色基础设施等问题，进行系统的规划与设计，并提出相应的解决策略[3]。通过地形的高差分析，多层级地构建生态湿塘、干湿植被草沟，合理搭配LID理念，实现雨水的高收低用。
2.3 山地校园地域特点分析
山地校园与平原相比受地形地貌影响较大，坡地陡峭，在25°～35°之间居多，天然的高差使得地表雨水径流量快速地向低洼处聚集，校园内部传统的排水系统早已不能满足其排水需求。经考察发现，该研究区域植被单一，土层浅薄，土壤中夹有大量的页岩或泥岩碎屑，受冲刷侵蚀严重，蓄水保湿性弱，透水性差，是重庆市的主要低产土壤[4]。该地区年降雨量在1100～1450mm之间，降雨集中于5～9月份，雨势急促，对地表冲刷力度加剧，下垫面持水性差，使得地表径流产生不同程度的污染，从而侵蚀地面。当强降雨时期地表积水量过大时，易发生内涝灾害问题，严重影响了艺术教学区的道路交通安全及校园整体的生态环境。
2.4 海绵城市理念在山地校园建设中的难点分析
2.4.1 地表径流的控制问题。重庆地区强降雨集中，风前雨后，历时较短，艺术教学区周围灰色工程较多，传统的排水设施落后，普遍缺乏生态景观湿塘及下凹式绿地等基础海绵设施，从而造成“随波逐流”的局面。校园内雨水资源无法收集，不能有效利用，使其严重浪费。根据《重庆市海绵城市规划与设计导则》提出的要求，须控制雨水径流，让年雨水径流总量控制率在70%以内。因此，若不对该区域建造雨洪管理设施，地表雨水径流就无法控制与利用，无法实现其规定的年径流总量控制目标。
2.4.2 地下土壤结构问题。该校园艺术教学区的土壤贫瘠，土质松散，内含微生物较少，导致土壤自净能力差，无法有效降解雨水径流中的污染杂质;其下垫面多为岩石，保水性差，易造成地下水污染。由此可见，海绵城市理念在这种土壤结构中进行雨水的过滤与收集具有较大挑战。 2.4.3 地形的陡峭问题。山地地形坡地居多且高差变化大，该研究区域也不列外，坡度极为陡峭[5]。大面积的坡地，使其大量的土地得不到合理的规划与利用，同时不利于海绵基础设施的建设，从而影响该区域的雨洪管理。如何解决这种山地纵向空间体系对海绵设施的建设的困扰，為主要问题。
3 海绵城市理念在山地校园中的建设策略
基于海绵城市理念在山地校园中的建设，结合该区域的地形地貌，可打造出具有山地特色的海绵校园艺术教学区。充分利用地形高差、植被构建等方面来构建雨水资源管理设施，使其功能与景观达到有机统一。
3.1 山地立体海绵校园建设原则
山地立体海绵校园设计以问题和需求为导向，进行统筹规划，以校园人文、水生态保护为原则进行设计。通过对本地块的分析，在传统开发模式下，其综合雨量径流系数为0.7，年径流总量控制率约为30%，成效较差，不能满足目标要求。因此，可充分利用其高差建设梯田式景观进行多层级的雨水蓄积，构建地下海绵蓄水设施，让雨水得到最大化利用，通过特殊植物的搭配种植，来涵养水源[6]，防止水土流失，有效降解其雨水入渗带来的重金属污染物，体现其生态功能。
3.1.1 充分利用地形。研究区域地形陡峭，可结合山地地形，采用梯田式景观设计，形成层层相叠的多层级立体化空间，使土地资源得到了最大化的利用，在周围景观之间有着合理的过渡。山地的高低落差特征明显，充分利用高差[7]，打造具有山地特色的海绵校园景观设施，让雨水在高处收集，低处使用。梯田式形成的层级空间景观（如图2所示），为该区域创造了多处雨水汇集空间，如构建景观生态池、调节塘等，使艺术教学区的雨洪得到分级调蓄，同时有利于阶梯式生物滞留设施的建设[8]，让雨水径流得到多层过滤。
3.1.2 水源与水质控制。重庆工程学院艺术教学区多为硬质地面，且道路老化，凹凸不平，导致雨水大面积在地表汇集，使其得不到再利用，同时造成了水环境的面污染严重。面对这一现状，可利用雨水弃流装置，初期将雨水排入生物滞留带，进行过滤及净化。强降雨时，过多的雨水漫过薄壁堰，流向市政雨水管网，将其进行截污处理。在雨水汇集地地下，建立雨水沉淀池进行生态处理，净化后的雨水蓄积，用于周围植被的灌溉、道路洗刷、厕所冲洗等，不仅让雨水资源得到了回收再利用，而且为学校节约了生活用水费用，具有较强的生态性与经济效益性（如图3所示）。
3.1.3 植物搭配。雨急坡陡让艺术教学区地表冲刷力加强，水土流失严重，目前该区域的植被凌乱稀少，无规划，保水固土的作用弱[9]。对其进行海绵化设施建设中，地表可采用生物量大、生长快、抗病害强的深根系大叶本土植被。本土植被成活率高，后期护理费用低，且时令性长，观赏价值高，且能有效吸收雨水径流入渗时的重金属污染物。大量深根系植被的种植，一方面有利于保水固土，另一方面植物叶面对雨水截留，形成植被缓冲带，减少了雨水径流对地表的冲刷力度。建筑表层构建垂直绿化设施，丰富了校园植物多样性，同时对建筑有着降温保护作用。
3.1.4 土壤改良。海绵城市建设中对雨水径流进行集中入渗，虽利用了生物滞留技术，通过覆盖、植被及种植土、填料和砾石进行过滤净化，仅对颗粒物起到过滤，而对溶解性重金属污染物无法去除;因为该设施长期投入使用，当表层土壤和填料吸附达到所承载的容量，那么污染物就随雨水径流渗人下层土壤，造成二次污染;若采取大面积换土，经济成本较高。对此可以采取土壤改良的方法，利用生物炭、堆肥添加剂、表面活性剂，对污染土壤进行定期修复，其成本较低，原料易得，经济实用性较强。
3.1.5 功能与景观有机统一。该区域海绵化景观再设计，建设必须以师生为出发点，考虑其需求。例如：文化、观赏、交流、展览等功能需求;同时，结合艺术教学区地形高差建设合理的山地海绵设施，如生态湿塘、雨水花园、垂直绿化等，实现雨水径流的污染控制及其再次利用，以求达到功能与景观的有机统一为目的，提高其实用价值与观赏价值。
3.2 艺术教学区海绵化改造
基于海绵城市的建设理念，以地形为基础，构建具有山地特色的海绵化校园;通过各种海绵设施与其实地概况紧密结合，该建设才能充分发挥作用，达到艺术教学区解决内涝与雨水利用的双重效应。
3.2.1 打造绿色屋顶。国内屋顶绿化掀起热潮，政府鼓励政策相继出台，高校作为城市的重要组成部分，也应积极响应其号召。绿色屋顶的建设使建筑降温3℃以上节省能耗30%～40%，吸收70%～80%的太阳辐射，调节该区域小气候，绿化表层具有隔热防水的作用，延长了建筑使用寿命，同时提高了校园的绿化率，经分析艺术教学区建筑屋顶荷载≥250kg/m2，完全符合绿色屋顶的建设规范。为满足重庆的气候条件，植被的种植采用浅根系耐旱耐寒植被为主，如佛甲草，为多浆植物，含水量极高，具有良好的降温、抗旱、节水效果，同时解决了植被在屋顶绿化中复杂的根系问题。
3.2.2 更换生态透水性铺装。随着海绵城市的设施，透水性铺装种类繁多，为维护校园的生态平衡，可采用良好的生态透水地坪材料替代传统的灰色铺装[10]，从源头来控制地表径流，实现雨水的最大化下渗，补充地下水，一方面能有效避免地表不良杂质成分造成水环境的污染，另一方面保障了该区域师生的交通出行安全。
3.2.3 蜂窝式湿地空间。充分利用该区域地形，构建深浅不一的湿塘，在艺术教学区结合地形打造多层级生态蜂窝状蓄水池与湿塘等水生态设施，减少雨水外排，达到海绵蓄水的目的[11]，具有调节径流和滞洪以及削减径流污染物的作用，四周布置雨水管网，通过其植被、土壤及微生物生态处理后的雨水可再次利用。
3.2.4 利用自然调蓄。重庆工程学院东侧与花溪河畔相邻，为该区域雨水径流提供了自然存积、渗透、净化的大海绵体[12]，这是山地海绵校园建设中积极有利天然因素，艺术教学区的雨洪管理系统可以充分利用花溪河自然的流域进行打造;7～9月份为强降雨期，校内的海绵基础设施无法满足大量雨水的蓄积[13]，因此，可以让生态过滤达标的过多雨水排入花溪河流进行集中调蓄，降低城市排水管网压力，让雨水回归自然，形成一个良好的生态循环。 4 结语
海绵城市的建设理念运用到山地校园中，要充分结合山地地形，利用地形，因地制宜地灵活打造海绵设施，与其地域性相適应，避免造成“千篇一律”的现象。以重庆工程学院艺术教学区为例，通过系统地分析海绵设施建设中存在的弊端以解决问题关键所在，该建设具有缓解校园内涝灾害及雨水资源的再利用双重意义;一定程度上丰富了植被的多样性，提高了该区域的观赏价值。把其功能与景观整合展示给大众，形成以景观为载体的雨洪综合管理系统，打造了独具特色的山地海绵校园。同时海绵城市的建设是一个长期的探索过程，目前还存在着前期规划、雨水径流入渗的二次污染、后期维护等诸多问题有待解决。（收稿：2019-07-19）
参考文献：
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作者简介：庞春勇，本科，研究方向：山地传统建筑，地域景观。
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